马铃薯果汁过滤工艺条件对产品特性及过程性能的影响机制研究

研究人员针对马铃薯蛋白分离的经济可行性挑战，通过系统研究pH(6/8/10)、跨膜压力(1/2 bar)和温度(25/35/45°C)对中空纤维超滤过程的影响，发现pH是影响蛋白粉功能特性（如乳化能力达822±13 mL/g）和过滤效率的关键因素。该研究为农业副产物高值化利用提供了可持续蛋白源开发方案。

　　

马铃薯作为全球第三大粮食作物，其加工副产物马铃薯果汁(PFJ)富含优质蛋白，但现有分离技术面临经济可行性与功能特性保持的双重挑战。传统酸热沉淀法导致蛋白变性且产生苦味，而色谱法虽能获得高纯度产品却成本高昂。针对这一产业痛点，德国弗劳恩霍夫工艺工程与包装研究所(Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV)的研究团队在《LWT》发表重要成果，通过全因子实验设计揭示了超滤工艺参数对马铃薯蛋白综合性能的调控机制。

研究采用交叉流超滤系统（10 kDa截留分子量 polysulphone膜），结合喷雾干燥技术，系统分析了不同pH、跨膜压力(TMP)和温度条件下：（1）过滤通量与最佳渗滤(DF)浓度；（2）蛋白粉化学组成与分子量分布（SDS-PAGE分析）；（3）热变性特性（DSC检测）；（4）功能性质（溶解度和乳化能力EC）；（5）感官特征（超快速剖面法）和色度指标。所有实验使用Kuras品种马铃薯，通过离心和160 μm筛网预处理获得PFJ，并添加抗坏血酸抑制酶促褐变。

4.3. 马铃薯果汁生产

11批次PFJ平均得率26.5±1.3%，蛋白含量2.4±0.2%（干基37.3±3.5%），淀粉和纤维通过8000×g离心有效去除，为后续过滤提供标准化原料。

4.4. 超滤与渗滤

pH 6条件下获得最高平均通量（UF 46.1 L/m²/h，DF 25.3 L/m²/h），而pH 8导致严重膜污染（最低通量5.5 L/m²/h）。SDS-PAGE显示碱性条件促进patatin形成77-120 kDa聚集体，而酸性条件富集16 kDa Kunitz型蛋白酶抑制剂。

4.4.2. 蛋白粉表征

pH 6样品蛋白含量达65.3±0.7%_dm，灰分最低（12.1±1.0%_dm）；pH 10样品乳化能力最优（822±13 mL/g）但溶解度仅38±2%。感官分析显示酸性条件产生麦芽香，碱性条件增强烘焙风味，商业参比样品则呈现典型马铃薯味。

5. 讨论

该研究首次阐明pH通过调控蛋白-膜静电相互作用决定过滤性能：pH 8接近蛋白酶抑制剂等电点(pI 7.0-8.6)，导致严重膜污染；而碱性条件虽促进Maillard反应产生烘焙风味，但导致蛋白聚集。35°C和2 bar TMP被确认为平衡效率与蛋白完整性的最佳参数。

这项研究为马铃薯蛋白的精准化生产提供了工艺蓝图：酸性条件适合需高溶解度的乳制品替代品，而碱性条件产物适用于需强乳化性的肉制品类似物。未来研究可聚焦膜污染层成分解析及营养特性调控，推动这一可持续蛋白源的产业化应用。